intTypePromotion=1
ADSENSE

Hệ thống rào chắn linh hoạt giảm thiểu rủi ro đá rơi, đá lăn trên các tuyến đường giao thông vùng núi Việt Nam

Chia sẻ: ViVinci2711 ViVinci2711 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

19
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống hàng rào chắn linh hoạt bằng lưới thép cường độ cao chống ăn mòn để ngăn giữ đá rơi, đá lăn trên các tuyến giao thông vùng núi nhằm giảm thiểu rủi ro về người và tài sản, là giải pháp có độ tin cậy, phù hợp và cần được nghiên cứu cũng như áp dụng ở Việt Nam.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hệ thống rào chắn linh hoạt giảm thiểu rủi ro đá rơi, đá lăn trên các tuyến đường giao thông vùng núi Việt Nam

HỆ THỐNG RÀO CHẮN LINH HOẠT<br /> GIẢM THIỂU RỦI RO ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN TRÊN<br /> CÁC TUYẾN ĐƯỜNG GIAO THÔNG VÙNG NÚI VIỆT NAM<br /> <br /> NGUYỄN ĐỨC MẠNH*<br /> LÊ ANH ĐỨC*<br /> <br /> <br /> Flexible facing systems for rockfall protection on the roads of mountain<br /> area in Vietnam<br /> Abstract: In mountainous areas of Vietnam often rock slope on the roads<br /> has bluff, high height, and less attention is paid to preventing instability of<br /> slope. Therefore, the rockfall ... often appears not only in the rainy season,<br /> even in the dry season on many national highways, provincial roads and<br /> railways. Flexible facing systems for rockfall protection from high-tensile<br /> steel wire up to 1770 MPa is applied to prevent rockfall, rolling stone has<br /> long been good results in many European countries, America or Japan,<br /> China National, Taiwan, South Korea, Australia, India ... but not used in<br /> Vietnam.Based on theoretical analysis, preliminary numerical simulation<br /> for 03 section of rock slope with different characteristics of rock, the<br /> research results show many positive prospects of applying this rockfall<br /> protection barriers to prevent rock falling, rolling on the mountain roads<br /> of our country in the near future.<br /> Keywords: Flexible facing systems, rockfall protection, slope, rockfall<br /> <br /> 1. ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN TRÊN CÁC TUYẾN đường Hồ Chí Minh, các quốc lộ 3, 3B, 4A, 4B,<br /> GIAO THÔNG VÙNG NỨI * 4D, 6, 12, 14, 15, 34, 70, 217, 279, các tuyến<br /> Hiện tượng các tảng hay cục đá kích thước Tỉnh lộ ở vùng núi ... hay đường sắt Bắc Nam<br /> khác nhau, tách rời khỏi sườn và rơi hay lăn và Hà Nội – Lào Cai, hàng năm thường xuyên<br /> xuống chân dốc đột ngột thường gọi đá rơi, đá xuất hiện đá lở, đá rơi, ảnh hưởng nghiêm trọng<br /> lở. Xảy ra rất phổ biến trên các sườn dốc cấu tạo đến an toàn khai thác công trình, kinh tế cũng<br /> từ các đá cứng nứt nẻ mạnh, thuộc phần ta luy như con người. Chẳng hạn, các ngày 3/6 và 3/8<br /> dương các tuyến giao thông vùng núi nước ta năm 2018 vừa qua, liên tiếp hai vụ đá rơi trên<br /> Các sườn dốc đá cứng thuộc ta luy dương QL12 (Lai Châu – Điện Biên Phủ) làm phá hủy<br /> nền đường đào vùng núi thường dốc đứng (góc 2 ô tô, 1 người chết và bị thương 5 người<br /> dốc 60o÷90o), chiều cao lớn (thường từ 30-50m [12,13]. Hay 29/7/2018 trên QL3B tại Na Rì<br /> đến 70-90m), được cấu tạo từ các loại đá thành tỉnh Bắc Kạn, đá lở gây hư hỏng nghiệm trọng 1<br /> phần, tính chất, mức độ phong hóa và nứt nẻ xe ô tô [15]. Trước đó 22/5/2014, có vụ tai nạn<br /> khác nhau. Nhiều tuyến đường quan trọng như nghiên trọng do đá rơi, đá lở từ taluy dương trên<br /> đường lên núi Cấm ở An Giang gây phá hủy 1 ô<br /> *<br /> tô và làm chết 6 người [14]. Thiệt hại và nguy<br /> Khoa Công trình, Trường ĐH GTVT<br /> hiểm thường trực là vậy, nhưng cho tới nay<br /> DĐ: 098 5376810<br /> Email: ndmanhgeot@gmail.com<br /> “giải pháp” “sống chung với trượt lở đất đá”<br /> <br /> <br /> 70 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019<br /> vẫn đang được lựa chọn chủ yếu với ta luy đúng mức hơn. Và khi đó, việc áp dụng các<br /> dương trên các tuyến đường giao thông hay giải pháp kỹ thuật mới, trong đó có sử dụng<br /> các sường dốc đá gần khu dân cư ở vùng núi hệ kết cấu “mềm” kết hợp neo giữ bằng đinh<br /> ở nước ta. Cùng với sự phát triển kinh tế của đá với lưới thép cường độ cao chống ăn mòn<br /> đất nước, thời gian tới việc quan tâm hơn (hệ lưới - neo) để ngăn giữ đá lở, đá rơi trên<br /> trong việc phòng chống mất ổn định sườn dốc các sườn dốc đá nói chung có nhiều triển<br /> đá nói chung sẽ được quan tâm và coi trọng vọng áp dụng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Đá rơi trên QL12 tại Điện Biên ngày Hình 2. Đá lở trên QL3B tại Bắc Kạn ngày<br /> 3/6/2018 (Nguồn Internet, [13]) 29/7/2018 (Nguồn Internet, [14])<br /> <br /> 2. ĐẶC ĐIỂM, CƠ CHẾ VÀ LOẠI HÌNH ổn định ở dạng trượt, lở, đá đổ đá lăn. Tùy theo<br /> MẤT ỔN ĐỊNH SƯỜN DỐC ĐÁ PHỔ BIẾN đặc điểm cấu trúc đá (tính phân lớp, đặc điểm<br /> Trong bản thân khối hay tảng đá trên sườn nứt nẻ và phong hóa), sườn dốc đá có thể trượt<br /> dốc luôn tồn tại lực liên kết giữa các phân tử, theo mặt phẳng, dạng nêm, cong hay đá đổ sập<br /> lực dính bám, liên kết giữa các khối và các [1,10,11].<br /> tầng đất đá, lực ma sát… các lực đó được gọi Theo D.J. Varnes (1978), [11], phân loại<br /> chung là lực giữ. Chúng giữ cho đất đá tạo theo hình thái dịch chuyển khối đất đá, tương<br /> thành một thể thống nhất và chịu được các tác ứng có sáu hình thái dịch chuyển trên sườn dốc<br /> nhân khác như trọng lực, lực đẩy ngang, lực như: (1) Kiểu rơi (fall); (2) kiểu lật đổ (topple);<br /> cắt… [1,2]. Sườn dốc sẽ ổn định khi tổng các (3) kiểu trượt (sliding); (4) kiểu lôi kéo lan<br /> tác nhân đó nhỏ hơn tổng các lực giữ, còn khi rộng – trượt trôi (spreading); (5) kiểu chảy –<br /> chúng vượt quá tổng các lực giữ thì các liên kết dòng (flow); (6) kiểu hỗn hợp (complex). Theo<br /> trong đất đá bị phá vỡ, sườn dốc sẽ bị mất cân phân loại này, với 6 kiểu dịch chuyển trên xét<br /> bằng về lực và gây nên các hiện tượng mất ổn tương ứng cho 3 loại vật liệu trên sườn dốc là<br /> định như trượt, sụt lở sườn dốc, đá đổ… đá, vụn đất đá và đất, có 29 dạng dịch chuyển<br /> [1,2,3,10,11]. Mất ổn định sườn dốc đá có nét sườn dốc cụ thể được xác định. Và hiện nay,<br /> đặc thù riêng, có thể là quá trình phát triển lâu trên nền tảng phân loại của Varnes (1978), Hội<br /> dài, hoặc xảy ra đột ngột và có mức độ nguy trượt đất quốc tế (ICL) phân chia thành 34<br /> hiểm cao. Khi sườn dốc đã đạt đến trạng thái dạng mất ổn định sườn dốc cụ thể. Với loại vật<br /> giới hạn (chênh cao địa hình), kết hợp thêm tác liệu đá, các dạng dịch chuyển phổ biến như đá<br /> nhân tức thời như mưa lớn, nước ngầm, tải rơi, đá đổ, đá trượt, đá lăn và dạng hỗn hợp<br /> trọng lớn tác dụng… [1,2,10,11] thì sẽ gây mất trượt đá với lở đá [10].<br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 71<br /> 3. HỆ THỐNG RÀO CHẮN LINH HOẠT qua sự phân tán năng lượng nhờ sự dịch chuyển<br /> NGĂN GIỮ ĐÁ RƠI, ĐÁ LĂN hệ thống dây cáp và lưới qua hệ puli, cóc hãm,<br /> Lưới thép cường độ cao chống ăn mòn được phanh hấp thụ lực khi tảng đá rơi hay lăn xuống<br /> sử dụng làm hệ thống hàng rào ngăn giữ hay lưới thép của hàng rào [6,8,9] (hình 3).<br /> chặn các khối, tảng đá lăn, đá rơi rơi trên địa Lưới thép trong hệ thống được tạo nên từ các<br /> hình dốc xuống công trình cần bảo vệ. Hệ thống sợi thép hay cáp dạng xoắn cường độ chịu kéo<br /> có thể ngăn chặn tác động của các tảng đá với cao từ 1770 MPa đến 2550MPa, chịu được tác<br /> động năng tối đa theo điều kiện thiết kế cụ thể. động từ các yếu tố môi trường thông thường và<br /> Hệ thống bao gồm các cấu trúc cố định chặt (cột chống ăn mòn bằng lớp mạ đặc biệt [4,5]. Phần<br /> thép, đế móng, neo ghim giữ), các cấu trúc hỗ lưới này là bộ phận chịu và nhận tác dụng trực<br /> trợ và cấu trúc linh hoạt tự điều chỉnh (bánh xe tiếp của ngoại lực – đón nhận tảng khai khối đá<br /> chạy - puli, cóc hãm chữ U, hệ thống dây cáp rơi, nó có tính chất đàn hồi hoặc dẻo, truyền tải<br /> phụ trợ, phanh hấp thụ lực) nhằm tiêu năng khi trọng lên các bộ phận liên kết, kết cấu hỗ trợ và<br /> đá rơi vào lưới và các cấu trúc kết nối, nên được nền đất đá. Với tính năng này, hệ thống rào chắn<br /> gọi hệ thống kết cấu linh hoạt. Hệ thống này lưới thép cường độ cao được sử dụng cho năng<br /> được gọi “linh hoạt” vì chúng làm việc theo lượng tác động từ 100 kJ lên đến 10000 kJ<br /> nguyên tắc hấp thụ năng lượng tảng lăn thông [6,8,9].<br /> <br /> <br /> Cáp hãm<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Cột<br /> Puli thép<br /> <br /> Neo cáp<br /> <br /> <br /> <br /> Bản đế<br /> Móng bê<br /> tông<br /> <br /> <br /> Neo móng cột<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ hệ thống rào chắn linh hoạt Hình 4. Hệ thống rào chắn linh hoạt ngăn giữ<br /> ngăn giữ đá rơi, đá lăn [8] đá rơi, đá lăn (Nguồn Geobrugg)<br /> <br /> Hệ thống rào chắn linh hoạt ngăn giữ đá lở, trên đỉnh và chân cột thép trượt trong trường<br /> đá lăn gồm: cột thép gắn trên hệ đế móng và hợp có tác động tránh bị căng đứt, để tiêu<br /> đóng vai trò định hình hàng rào và truyền tải giảm năng lượng khi đá rơi xuống lưới thép;<br /> trọng, đỉnh cột được thiết kế các lỗ tròn để cóc hãm chữ U được gắn theo chiều ngang ở<br /> liên kết với các chi tiết dây cáp, bánh xe chạy hai đầu của dây cáp thép có chứng năng hãm<br /> (puli)...; hệ đế móng được thiết kế đặt vào các dịch chuyển khi cần thiết; bộ phận neo cáp<br /> loại nền đất đá ổn định, gồm đinh neo, bản lề biên được thiết kế với đầu neo linh hoạt tới<br /> thép, các bu lông và được bảo vệ bằng bệ bê 30° so với mặt đất để có thể chịu tải tối đa,<br /> tông hay bê tông cốt thép; bánh xe chạy (puli) làm cho cóc hãm chữ U, lực truyền xuống neo<br /> có chức năng như ròng rọc cho dây cáp thép được giảm đi nhiều, tránh phá hủy hệ thống<br /> <br /> <br /> 72 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019<br /> hàng ràng; phần hệ thống dây cáp phụ trợ trên, Động năng của tảng lăn chuyển động tịnh<br /> dưới, giữa, bên, biên hay dây cáp dọc cột thép tiến xác định theo công thức sau:<br /> của hệ thống, đóng vai trò truyền tải các lực Wđ = (m.V2 )/2 (1)<br /> đầu cột vào bộ phận neo dây cáp thép; và cuối trong đó: m - khối lượng của tảng lăn định danh;<br /> cùng là bộ phận phanh hấp thụ lực (U Break), V - vận tốc tảng lăn định danh.<br /> được lắp đặt kết hợp cùng dây cáp trợ lực tại Khi xét đến động năng tảng đá rơi có<br /> các vị trí xung yếu nhằm phân tán năng lượng chuyển động quay khi lăn, động năng của tảng<br /> khi hệ thống vượt quá sức chịu tải của vật xác định théo (2):<br /> nặng tác động trực tiếp vào hệ thống lưới thép W = Wđ + W ω (2)<br /> [6,7,8,9]. trong đó: Wđ – động năng tịnh tiến theo<br /> 4. TÍNH TOÁN KHI THIẾT KẾ HỆ chiều rơi;<br /> THỐNG HÀNG RÀO CHẮN LINH HOẠT Wω - Động năng quay của tảng khi lăn, Wω<br /> BẰNG LƯỚI THÉP CƯỜNG ĐỘ CAO = (I x ω 2)/2. Với I, là mô men quán tính tảng<br /> CHỐNG ĂN MÒN NGĂN GIỮ ĐÁ RƠI, khi lăn; và ω, là vận tốc góc của tảng khi lăn.<br /> ĐÁ LĂN Thế năng của tảng lăn định danh nhỏ nhất<br /> Thông số cần thiết sử dụng khi phân tích khi tính đến chiều cao nảy lên của tảng đá khi<br /> phục vụ thiết kế hệ thống rào chắn linh hoạt rơi hay lăn xác định bằng công thức sau:<br /> bằng lưới thép cường độ cao chống ăn mòn Wt = m.g.H (3)<br /> cần có gồm chiều cao, độ dốc, chiều dài và trong đó: m - khối lượng của tảng lăn định<br /> chiều rộng bờ dốc; đặc điểm địa chất trong danh;<br /> đó cần có thông tin dự báo tảng đá lớn nhất H - chiều cao nảy của tảng lăn định danh;<br /> có khả năng mất ổn định; và vị trí dự kiến g - Gia tốc rơi tự do.<br /> lắp đặt. Thay thế việc xác định bằng giải tích, để<br /> Ổn định của hàng rào ngăn đá lăn phụ xác định các thông số cơ bản phục vụ thiết kế<br /> thuộc vào sự bố trí các cột và cáp neo giữ theo hệ thống rào chắn bằng lưới thép, có thể sử<br /> động năng định danh, được tính toán theo dụng các phần mềm chuyên dụng. Để có cơ sở<br /> từng mô hình đá lăn cụ thể. Để xác định chiều đánh giá bước đầu ứng dụng này, chúng tôi sử<br /> cao tối ưu của hàng rào có thể thực hiện theo dụng số liệu tại 03 vị trí bờ dốc ta luy dương<br /> mô hình đá lăn và sử dụng phần mềm mô trên đường đi Bắc Kạn cấu tạo đá vôi nứt nẻ<br /> phỏng, xác định được chiều cao nảy lên của mạnh, các yếu tố về bề rộng, hình thái, chiều<br /> tảng đá cũng như quỹ đạo lăn (văng) của nó. cao, góc dốc khác nhau. Sử dụng bán kính (D)<br /> Còn với kích thước định danh hàng rào ngăn và khối lượng (m) của tảng đá định danh nguy<br /> đá lăn, đá rơi xác định phụ thuộc vào năng cơ bị rơi tương đồng, góc dốc của bờ dốc ()<br /> lượng tảng lăn lớn nhất xác định theo công gần giống nhau, ứng dụng phần mềm mã<br /> thức (1). Vị trí bố trí hàng rào theo kết quả nguồn mở Ruvolum mô phỏng bài toán đá rơi<br /> tính toán thế năng của tảng lăn định danh Wt (Rockfall) để phân tích, cho phép xác định<br /> nhỏ nhất xác định theo (3), vị trí mặt bằng được chiều cao nảy của tảng đá, năng lượng<br /> thuận tiện thi công, không ảnh hưởng đến các va chạm tới hàng rào, quĩ đạo đường đi của<br /> công trình lân cận, cũng như nơi cần bảo vệ tảng, và định danh chiều cao tối thiểu hàng<br /> [6,8,9]. rào cần thiết kế (bảng 1 và hình 5a,5b,5c).<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 73<br /> Bảng 1. Kết quả phân tích độ nảy, năng lượng va chạm và xác định chiều cao cột cũng như<br /> lưới thép trong hệ thống rào chắn linh hoạt bằng phần mềm Ruvolum/Rockfall 6.1<br /> <br /> Năng lượng<br /> Chiều cao Chiều cao Chiều cao<br /> Các thông số va chạm<br /> Lý trình bờ dốc, H đá nảy lớn hàng rào tối Ghi chú<br /> chung lưới thép<br /> (m) nhất (m) thiểu (m)<br /> (kJ)<br /> 01 mặt cơ<br /> Km96+400 55 493 1,78m 3,0<br /> hẹp<br /> D= 0,75m<br /> 01 mặt cơ<br /> Km96+500 40 m= 4948 kg 525 2,70m 3,0<br /> rộng<br /> =60o-70o<br /> 02 mặt cơ<br /> Km105+050 48 752 1,62m 3,0<br /> hẹp<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) Km96+400 b) Km96+500 c) Km105+050<br /> Hình 5. Kết quả phân tích quĩ đạo lăn, độ nảy của tảng đá rơi và năng lượng va chạm<br /> hệ thống hàng rào lưới thép cường độ cao bằng phần mềm Ruvolum/Rockfall 6.1<br /> <br /> Kết quả phân tích các thông số thiết kế rào nên công cụ này cũng là giải pháp hỗ trợ tốt<br /> chắn linh hoạt bằng lưới thép cường độ cao trong thiết kế thời gian tới tại nước ta.<br /> chống ăn mòn ngăn giữ đá rơi, đá lăn tiến hành Ngoài hiệu quả ngăn giữ đá rơi, đá lăn rất tốt<br /> trên phần mềm mở Ruvolum khá dễ dàngvà trên bờ dốc khi sử dụng hệ thống kết cấu linh<br /> thuận tiện. Việc chưa có công trình thực tế nào hoạt hàng rào bằng lưới thép cường độ cao<br /> kiểm chứng tại nước ta, nhưng đã được kiểm chống ăn mòn ở nhiều nước châu Âu như Thụy<br /> chứng tại rất nhiều nước trên thế giới [6,8,9], Sỹ, Áo, Bồ Đào Nha, hay châu Mỹ, Hàn Quốc,<br /> <br /> 74 ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019<br /> Nhật Bản, Hồng Kông, Ấn Độ, Trung Quốc … 4. EOTA EAD 230025-00-0106 (2016).<br /> còn cho thấy nhiều ưu điểm nổi bật như: giữ European Assessment Document (No EAD<br /> nguyên hiện trạng bờ dốc khi thi công; vừa thi 230025-00-0106 - 6/2016).<br /> công vừa khai thác các tuyến đường; không ảnh 5. EOTA ETA 17/0711 - 17/0720 (2016).<br /> hưởng nhiều tới thầm thực vật đã có, thân thiện European Technical Approval (No ETA<br /> với môi trường; thiết bị gọn nhẹ, ít vật liệu; thi 17/0711 - ETA 17/0720).<br /> công được trên địa hình cao và dốc đứng; thi 6. EOTA (2010). European Technical<br /> công nhanh và đảm bảo ổn định lâu dài [8,9]… Approval, Rockfall protection barrier GBE (No<br /> là thế mạnh của công nghệ mới này. ETA – 09/0262).<br /> 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7. EUROCODE 7. Geotechnical design, Part<br /> Hầu hết bờ dốc đá trên các tuyến giao thông 1: General rules. 2004.<br /> vùng núi nước ta chưa được bảo vệ đúng mức 8. Geobrugg (2014). Maintenance manual<br /> nên thường xuyên xảy ra hiện tượng đá lở, đá GBE/RXE-series 100kJ – 8000kJ. Switzerland.<br /> rơi và đá lăn. 9. Geobrugg (2008). GBE rockfall protection<br /> Hệ thống hàng rào chắn linh hoạt bằng lưới barriers: The most economic barrier from high-<br /> thép cường độ cao chống ăn mòn để ngăn giữ đá tensile steel wire. Switzerland.<br /> rơi, đá lăn trên các tuyến giao thông vùng núi 10. Hungr, O, Leroueil, S and Picarelli, L.<br /> nhằm giảm thiểu rủi ro về người và tài sản, là (2014). The Varnes classification of landslide<br /> giải pháp có độ tin cậy, phù hợp và cần được types, an update, Landslides, Volume 11, Issue<br /> nghiên cứu cũng như áp dụng ở Việt Nam. 2, pp 167–194.<br /> 11. Varnes, DJ. (1978). Slope movement<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO types and processes. In Special report 176:<br /> Landslides: Analysis and Control, Transportation<br /> 1. Nguyễn Sỹ Ngọc (2014). Cơ học đá. NXB Research Board, Washington, D.C.<br /> Giao thông Vận tải. Hà Nội. 12. https://news.zing.vn/da-roi-de-bep-xe-<br /> 2. Nghiêm Hữu Hạnh (2005), Cơ học đá. khach-16-cho-post865876.html<br /> NXB Xây dựng. Hà Nội. 13. https://www.nguoiduatin.vn/da-lan-de-<br /> 3. Nguyen Duc Manh (2016). Features, nat-o-to-4-cho-1-nguoi-tu-vong-o-lai-chau-<br /> generation mechanism and urgent treatment a372625.html<br /> solution to the large landslide at Chi Luong 14. https://phunutoday.vn/anh-nong-da-lo-<br /> resettlement area, Muong Lay Town, Dien Bien de-bep-oto-6-nguoi-chet-d13304.html<br /> Province. The 3rd Internatioal Conference 15. http://www.baobackan.org.vn/channel/2<br /> VIETGEO 2016, ISBN: 978-604-62-6726-3, 262/201807/lo-da-gay-tac-duong-tai-dia-phan-<br /> pp. 244-251. deo-ang-toong-5593102/<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Người phản biện: PGS, TS. ĐOÀN THẾ TƯỜNG<br /> <br /> <br /> ĐỊA KỸ THUẬT SỐ 1+2 - 2019 75<br />
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2